Тема I.1. Общие сведения о зданиях и сооружениях

Методичні вказівки та завдання до виконання курсового архітектурно-конструктивного проекту житлового будинку середньої поверховості для студентів спеціальності 6.092100– «Промислове й цивільне будівництво» і «Гідротехнічне будівництво».

Укладачі: Янтовська Олена Леонідівна

Поляк Надія Едуардівна

Маліков Костянтин Харисович

Дементьєв Володимир Васильович

Відповідальний за випуск В. В. Калюжний

Редактор Л. І. Христенко

План 2010, поз. 51 Формат 60х84 1/16 Папір друк. №2

Підп. до друку Обл.-вид. арк.

Надруковано на ризографі. Ум. друк. арк.

Тираж 100 прим. Зам. № 1789 Безкоштовно.

_________________________________________________________________

ХДТУБА, 61002, Харків, вул. Сумська,40

Підготовлено та надруковано РВВ Харківського державного технічного

університету будівництва та архітектури

Курс лекций

РАЗДЕЛ I: ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

Тема I.1. Общие сведения о зданиях и сооружениях.

I. 1.1. Классификация зданий по основным признакам

I. 1.2. Требования, предъявляемые к зданиям.

I. 1.3. Основные части и конструктивные элементы зданий.

I. 1.1. Здания – это наземные постройки, имеющие внутреннее пространство и предназначенное для удовлетворения тех или иных потребностей человека (жилые дома, школы, театры, заводы).

Инженерные сооружения – это наземные а так же подземные, подводные и отдельные специальные (мосты, мачты, резервуары, плотины, станции метро и др.) объекты, не имеющие внутреннего пространства,

По своему назначению здания делят на:

- гражданские

- промышленные

- сельскохозяйственные

Гражданские здания: -жилые (жилые дома, гостиницы, общежития);

-общественные (школы, магазины, театры, спортивные комплексы)

Промышленные: - производственные (в которых осуществляется производство какого-либо вида продукции);

- обслуживающие(склады, транспортные боксы и пр.);

- вспомогательные(котельные, трансформаторные, насосные, и пр.);

- административно-общественные(заводоуправление, столовые, клубы, спортзалы, поликлиники, лаборатории и пр).

По характеру выполняемых в них процессов такое деление является условным. Например, здание насосной, рассматриваемое отдельно, является производственным, а в комплексе предприятия его можно считать вспомогательным.

Сельскохозяйственные – деление то же, что и у промышленных. Сельскохозяйственные здания предназначены для обслуживания различных отраслей сельского хозяйства (животноводческие фермы, птицефермы, теплицы и др.)

Промышленные сооружения служат для хранения, перемещения и переработки сырья и материалов, полуфабрикатов.

Рис.1.1. Основные виды зданий: а - жилые; б - общественные;

в - промышленные и сельскохозяйственные.

Промышленные сооружения весьма разнообразны (резервуары для нефтепродуктов и воды, водонапорные башни, конструкции подземных сооружений, опоры и эстакады под технологические трубопроводы, газгольдеры, линии электропередач т.д.).

Следует отметить, что многоэтажные этажерки для размещения химического, нефтехимического и другого оборудования выполняются из конструкций многоэтажных зданий. Этажерки не единственные сооружения, которые строятся используя номенклатуру конструкций промышленных зданий.

Внутреннее пространство здания состоит из отдельных помещений.

Помещения – это огражденное со всех сторон единое пространство внутри здания. Помещения, полы которых находятся на одном уровне, образуют этаж.

Этажи (в зависимости от расположения) бывают: подвальные, цокольные, наземные и мансардные.

Подвальные – если заглубления более половины высоты помещения.

Цокольные - если заглубления менее половины высоты помещения.

Наземные этажи – это все этажи, уровень пола которых выше уровня земли вокруг здания.

Мансардный этаж – расположен в пределах чердака.

При определении этажности здания принимают во внимание только наземные этажи. Заглубленные этажи учитывают только в том случае, если уровень пола первого этажа превышает уровень земли на 2м и более.

По степени распространенности – различают здания массового строительства (жилые дома, магазины, школы, заводские цеха) и уникальные здания (театры, музеи, административные здания, областные и республиканские здания).

Все здания по своему народнохозяйственному значению и градостроительному положению делят на 4 класса. Класс здания устанавливается нормативными документами.

К зданиям I класса предъявляются повышенные требования долговечности, огнестойкости, комфортности, а к зданиям IV класса – самые минимальные требования. Такое деление необходимо, что бы выявить для них экономически целесообразные планировочные и конструктивные решения, материалы.

По материалу основных конструкций здания подразделяют на деревянные, каменные, железобетонные, металлические, композитные.

I. 1.2.

Требования, предъявляемые к зданию

Функциональная целесообразность

Прочность

Архитектурная выразительность

Экономичность

Рис. 1.2. Основные требования к зданиям и сооружениям.

Функциональная целесообразность здания заключается в его полном соответствии своему назначению. Функциональной целесообразности должны подчиняться объемно-планировочные (состав и размеры помещений, их взаимосвязь) и конструктивные решения (конструктивная схема здания, материал основных конструкций, отделочные материалы).

В соответствии с функциональным назначением к отдельным помещениям предъявляют требования по обеспечению надлежащей освещенности, температуры и влажности, звукоизоляции и др., обеспечивающие нормальные условия эксплуатации,

называемые параметрами производственной среды.

Технические требования по обеспечению помещений вентиляцией, отоплением, водо- и газоснабжением, канализацией, лифтами, лестницами, а так же требования к отделке помещений можно объединить и считать требованиями к инженерному обеспечению и благоустройству здания.

Прочность – способность здания не разрушаться, вне зависимости от условий эксплуатации. Прочность здания обеспечивается прежде всего прочностью основных конструкций.

Понятие прочности очень “объемно”. Это:

- устойчивость – т.е. сопротивление сдвигу, опрокидыванию;

- жесткость – неизменяемость геометрических форм и размеров;

- долговечность – способность противостоять катастрофам, воздействию паров, мороза, жары, микроорганизмов.

Сегодня важно определить оптимальный срок службы здания, поскольку темпы производства постоянно ускоряются а требования к комфортности условий пребывания людей в зданиях повышаются и, когда здание морально устаревает, не успев «состарится» физически, оно перестает быть пригодным для тех производств или общественных процессов, удовлетворению которых оно было предназначено.

Различают три степени долговечности:

I – для зданий со сроком службы не менее 100 лет;

II – не менее 50 лет;

III – не менее 20 лет.

Степень долговечности определяется характеристиками основных конструкций здания, основных материалов, имеющих надлежащую огнестойкость, морозостойкость, влаго- и биостойкость, стойкость против коррозии.

Огнестойкость здания – зависит от прочностных характеристик основных строительных и отделочных материалов.

Предел огнестойкости –это время, прошедшее от начала возгорания до потери несущей способности и устойчивости, или до образования сквозных трещин или до опасного повышения температуры (выражается в часах).

Таким образом, предел огнестойкости – время, в течении которого конструкция не теряет своих эксплуатационных качеств и продолжает быть преградой для распространения огня.

Пример: кирпичная стена δ = 380мм = 11ч,

деревянная стена отштукатуренная с двух сторон – 0,5ч,

металлическая незащищенная конструкция - 0,25ч.

Архитектурная выразительность – это красота в архитектуре, ориентирующая на создание прочного, удобного и эстетически привлекательного облика здания.

Экономичность строительства – одно из важных требований, возрастает с увеличением масштабов строительства и характеризуется такими показателями, как стоимость 1кв.м площади, 1куб.м объема здания, единицы выпускаемой продукции и пр.

I. 1.3.. Зданиесостоит из отдельных взаимосвязанных между собой частей, имеющих определенное назначение.(рис.1.3) Эти части подразделяются на три основные группы.

- объемно-планировочные элементы – крупные части, на которые делится весь объем здания (этаж, лестничная клетка, веранда, чердак, мансарда и т.д.).

Рис.1.3. Объёмно-планировочные и конструктивные элементы здания:

I - чердак; I I - лестничная клетка; I I I - подвал; IV - этаж;

1 - крыльцо; 2 - дверь; 3 - окно; 4 - стропила; 5 - крыша; 6 - чердачное пере-

крытие; 7 – наружная стена; 8 – междуэтажное перекрытие; 9 – отмостка;

10 – перегородка; 11 – перекрытие над подвалом; 12 – внутренняя стена;

13 – фундамент; 14 – лестница.

- конструктивные элементы – отдельные части здания, которые определяют структуру здания, составляют его скелет (фундаменты, стены, отдельные опоры, перекрытия, лестницы и др.).

- строительные изделия – сравнительно мелкие элементы, из которых слагаются конструктивные элементы (стены выкладываются из отдельных кирпичей, лестницы -

из ступеней и косоуров, перекрытия – из отдельных плит и балок и т.д.).

По назначению – все конструктивные элементы здания подразделяются на несущие и ограждающие.

Несущие – воспринимают все нагрузки, возникающие в здании или действующие на здание.

Ограждающие – определяют помещения от внешнего пространства и одно помещение от другого.

В ряде случаев конструктивные элементы выполняют и несущую и ограждающую функции одновременно.

Фундаменты – это нижние подземные части здания, которые воспринимают на себя всю нагрузку от здания и действующих на него сил (ветер, снег, и т.д.) и распределяют эту нагрузку на грунт.

Стены – вертикальное ограждение конструкции. Бывают наружные и внутренние, несущие, самонесущие и ненесущие (навесные).

Несущие стены – воспринимают нагрузку от перекрытий и крыши здания и передают их с собственным весом на фундамент.

Самонесущие стены – тоже опираются на фундамент, но передают ему лишь собственный вес, т.к. являются только ограждающими конструкциями и не воспринимают нагрузок от перекрытий и крыши.

Навесные стены – только ограждающие конструкции, но опираются не на фундамент, а на колонны или перекрытия с помощью специальных конструктивных деталей.

Отдельные опоры (колонны, стойки, столбы) – вертикальные несущие элементы, воспринимающие нагрузку от перекрытий и других элементов здания и передающих эту нагрузку в месте с собственным весом на фундамент.

Перекрытия – горизонтальные ограждения, разделяющее внутреннее пространство здания на отдельные этажи. Они являются несущими конструкциями, вос- принимающими всю полезную нагрузку (массу людей, оборудования, мебели) и передающи-

Перекрытия, разделяющие наземные этажи, называют междуэтажными.

Перекрытие между первым этажом и подвалом – подвальное, а между верхним этажом и чердаком – чердачное.

Крыша – конструкция, защищающая здание от атмосферных осадков. Крыша состоит из водонепроницаемой оболочки – кровли и поддерживающих ее несущих конструкций.

При отсутствии чердака верхнее перекрытие называют совмещенным покрытием.

Лестница – конструкция, которая служит средством сообщения между этажами.

Перегородки – вертикальные ограждающие конструкции, отделяющие одно помещение от другого.

Основные несущие конструкции здания, а именно фундаменты, стены, отдельные опоры и перекрытия воспринимая и передавая друг другу нагрузки, действующие внутри здания, включаются в совместную работу и составляют единственную пространственную и конструктивную систему, которая получила название несущий остов здания.

Тема I.2. Объемно-планировочная и конструктивная организация зданий.

I. 2.1. Строительные системы. Классификация и характеристика.

I. 2.2. Конструктивные схемы зданий.

I. 2.3. Типизация, унификация, модульная координация зданий.

I. 2.1. Понятие строительная система служит комплексной характеристикой конструктивного решения здания по признакам материала и технологии возведения его несущих конструкций. Различают четыре группы конструкционных материалов – камень (включая кирпич), бетон, металл и дерево, а также два основных метода возведения – традиционный и индустриальный. Например, для кирпичных зданий традиционна ручная кладка стен, а для деревянных – применение рубленых стен из бревен. Наиболее распространено использование одной строительной системы при возведении зданий. Такие строительные системы принято называть основными. (рис.1.4) Однако, часто функциональные особенности проектируемого здания, а также соображения экономической целесообразности вызывают необходимость сочетания в одном здании различных строительных систем, что, таким образом, приводит к формированию комбинированных строительных систем

Рис.1.4. Классификация основных строительных систем.

Строительные системы зданий со стенами из кирпича и мелких блоков, используемые с незапамятных времен, весьма востребованы и в настоящее время. В настоящее время, в связи с изменением нормативных требований к сопротивлению теплопередаче наружных стен, последние выполняются в виде облегченной(слоистой) кладки с эффективным утеплителем внутри, однако несущая способность таких стен ограничена пятью этажами.

Полносборные здания из бетона представлены крупноблочной, панельной, каркасно-панельной и объемно-блочной системами.

Крупноблочная строительная система применявшаяся для возведения жилых и массовых общественных зданий высотой до 16-ти этажей из блоков массой 3 – 5 тонн, в настоящее время практически не используется, поскольку она ориентирована на однослойные конструкции наружных стен с сопротивлением теплопередаче в пределах 1,0 … 1,1 кв.м град.С/Вт, то есть в 2,5…3 раза ниже ныне требуемых.

Панельная система применяется в зданиях высотой до 30-ти этажей и включает в себя несущие стены из крупноразмерных элементов(панелей) высотой в этаж, протяженностью до 7,2 м, массой д.о 10 т. Основным преимуществом панельного домостроения перед традиционным служит значительное сокращение таких показателей как материалоемкость(на 30-40%) и трудоемкость возведения(более чем на 30%).

Каркасно-панельная строительная система применяется в гражданских зданиях высотой до 30-ти этажей. Главным преимуществом такой системы является обеспечение планировочной гибкости объемно-планировочных и конструктивных решений зданий.

Объемно-блочная строительная система используется преимущественно в гражданском строительстве и предполагает возведение зданий из крупных объемно-пространственных элементов высотой до 16-ти этажей и весом до 25 т, заключающих в себе жилую комнату или иной фрагмент(помещение) здания. Объемные блоки устанавливают друг на друга без перевязки швов. Объемно-блочное домостроение обеспечивает существенное снижение суммарных трудозатрат(на 12 -15% по сравнению с панельным).

Монолитная и сборно-монолитная строительные системы применяют преимущественно при возведении зданий средней и повышенной этажности. К системам монолитного домостроения относят случаи изготовления всех несущих конструкций из монолитного бетона непосредственно на строительной площадке; к сборно-монолитной – случаи выполнения несущих конструкций частично из монолита, частично из сборных железобетонных конструкций. Методы возведения рассматриваемых зданий: - для бескаркасных - в скользящей, объемно-переставной, щитовой или блочной опалубках;

- для каркасных - методом подъема этажей(МПЭ) и подъема перекрытий(МПП).

I. 2.2. С древнейших времен известны три конструктивные системы: - стоечно-балочная(рис. 5а), где горизонтальный элемент(балка) работает на изгиб;

Рис.1.5. Традиционные конструктивные системы: а - стоечно-балочная;

б - сводчатая и арочная; в - подвесная.

- сводчатая и арочная(рис. 1.5б), где материал работает на сжатие, последовательно передавая полезную нагрузку и собственный вес верхних элементов на нижележащие;

- подвесная(рис. 1.5в), где горизонтальные элементы работают на растяжение.

В современном массовом строительстве в основном используется стоечно-балочная система, которая реализуется в следующих конструктивных схемах (рис. 1.6):

- с несущими наружными и внутренними стенами (здания бескаркасные);

- с несущими наружными и внутренними отдельными опорами (здания с неполным каркасом);

- с несущими отдельными опорами (здания с полным каркасом).

Конструктивная схема с несущими стенам, в свою очередь, включает в себя следующие разновидности:

- с продольными несущими стенами;

- с поперечными несущими стенами;

- с продольными и поперечными несущими стенами (здания смешанного типа).

В первом случае плиты перекрытия опираются на продольные стены, а торцевые и промежуточные поперечные стены не несут нагрузки от перекрытия и поэтому являются самонесущими. (рис.1.6а). Во втором варианте плиты перекрытия опираются на поперечные стены, а продольные стены в этом случае являются самонесущими.(рис. 1.6б) Данная конструктивная схема весьма эффективна при строительстве гостиниц, санаториев и прочих зданий, где возникает необходимость в членении внутренней структуры здания на однотипные ячейки, а также требуется устройство в наружных стенах значительных по величине проемов.

К зданиям смешанного типа чаще всего относятся многоэтажные крупнопанельные жилые дома, в которых используются перекрытия размером на комнату опирающиеся по четырем сторонам, то есть по периметру помещения. Кроме того, подобная конструктивная схема используется в зданиях со сложной нерегулярной планировкой, где расположить плиты перекрытия в одном направлении не представляется возможным.(рис.1.6в).

Конструктивные схемы с несущими стенами очень надежны и относительно просты по своему устройству. Но им присущи некоторые недостатки. Во-первых, из-за ограниченной длины плит перекрытия(до 7,2 м) в таких зданиях невозможно запроектировать крупногабаритные помещения и обеспечить так называемую гибкость планировочного решения - качество объемно-пространственной структуры, характеризуемое

минимальным количеством внутренних опор в помещении и раскрывающее широкие возможности для последующей реконструкции, связанной с модернизацией функцио- нального процесса. Во-вторых, здания с несущими стенами отличаются повышенной материалоемкостью. Если вместо внутренних несущих стен поставить отдельные опоры(колонны), соединить их горизонтальными балками(ригелями), на которые опереть плиты перекрытия, то получится конструктивная схема с неполным каркасом.

Рис1.6. Конструктивные схемы зданий – бескаркасных(а,б,в ) и с неполным каркасом(г,д)

а - с продольными несущими стенами; б - с поперечными несущими стенами;

в - смешанная; г, д - с неполным каркасом.

. Наиболее полно требованиям современного строительства отвечают здания с полным каркасом (каркасные), в которых несущий остов представляет собой совокупность колонн, балок или ригелей, плит перекрытия и диафрагм жесткости(связи), наружные стены выполняют ограждающую функцию и могут быть самонесущими, либо навесными, а внутренние стены используются в качестве перегородок.(рис.1.7)

Рис.1.7. Конструктивные схемы каркасных зданий:

а - с перекрестным расположением ригелей; б - то же, с продольным; в - то же, с поперечным; г - с безбалочным сборным перекрытием; д - с безбалочным монолитным перекрытием

(методом подъема этажей); 1 - надколонные плиты; 2 - плита-капитель; 3 - пролетная плита с опиранием по контуру; 4 - монолитная плита перекрытия, изготовленная на нулевой отметке; 5 - то же, установленная на проектную отметку; 6 - ядро жесткости.

Расстояние между осями продольных стен или продольных рядов колонн называется пролетом, а расстояние между осями поперечных стен или рядов колонн называется шагом. В каркасных зданиях система продольных и поперечных осей образуют на плане прямоугольную сетку, которая называется сеткой колонн.

По характеру работы каркасы бывают трех типов: рамные, связевые и рамно-связевые.

Рис.1.8. Расположение вертикальных связей жесткости в каркасных зданиях: а - с поперечными рамами; б - то же, с продольным; в - при связевом каркасе; г - с ядрами жесткости; 1 - прогон(ригель рамы); 2 - диафрагма жесткости; 3 - жесткий диск перекрытия; 4 - крепление перекрытия к ядру жесткости; 5 - ядро жесткости.

Рис.1.9. Виды вертикальных связей жесткости:

а - стальные крестовые; б - то же, портальные; в - сборные железобетонные диафрагмы (перего-родки); 1 - колонна каркаса; 2 - перекрытие; 3 - жесткое крепление диафрагмы к колонне каркаса, между собой и к перекрытию.

В рамном каркасе ригели располагаются в продольном и поперечном направлениях и имеют жесткое соединение с колоннами, образуя рамные конструкции, которые воспринимают все вертикальные и горизонтальные нагрузки. Такие каркасы, как правило, выполняются в монолитном железобетоне и применяются достаточно редко.

При связевом каркасе ригели имеют шарнирное соединение с колоннами, поэтому для восприятия горизонтальных нагрузок вводятся дополнительные элементы – вертикальные связи жесткости, изготавливаемые из металлических профилей

(рис.1. 8;1. 9).

Рамно-связевый каркас представляет собой комбинированную версию, когда в одном направлении предусматриваются рамы с жестким соединением ригелей и колонн, а в другом - вертикальные связи жесткости. Данный каркас легко выполним в сборных железобетонных конструкциях.

I. 2.3. Индустриализация строительства, основанная на изготовлении конструкций в заводских условиях, обусловила необходимость уменьшения количества типоразмеров строительных изделий, увеличения серийности их выпуска и, как следствие, обеспечение рентабельности заводского производства. Отбор наилучших с технической и экономической сторон объемно-планировочных и конструктивных решений, как зданий в целом, так и отдельных его частей, деталей и узлов, предназначенных для многократного использования в строительной практике, называется типизацией.

Типизация включает в себя следующие основные направления:

- проектирование типовых зданий;

- проектирование типовых объемно-планировочных элементов зданий;

- проектирование типовых конструкций и изделий;

- проектирование типовых узлов и деталей зданий.

Комплекс мероприятий по ограничению количества типов и размеров изделий, выработке единой системы исходных данных для проектирования получил название – унификация, то есть, приведение к единообразию. Унификация позволяет обеспечить взаимозаменяемость одних конструктивных элементов другими, не изменяя основных проектных решений. Основу унификации составляет согласованность в размерах строительных конструкций, изделий и деталей с размерами (параметрами) объемно-планировочных и конструктивных элементов здания. Правила, по которым осуществляется выбор согласованных между собой размеров всех строительных компонентов носят название «Единая модульная система» (ЕМС).

Основным принципом ЕМС является кратность все строительных параметров некоторой величине, называемой модулем(М) и равным 100мм(основной). Для удобства пользования, кроме основного модуля разрешается применять укрупненные и дробные модули. Например, при назначении общих размеров здания(величина пролета, шаг, высота этажа) применяют укрупненные производные модули – 2М(200мм), 6М(600мм) 12М(1200мм), 30М(3000мм), 60М(6000мм). При назначении размеров мелких изделий(толщины плит, сечения колонн, балок и пр.) применяют основнойМ=100мм) и дробные модули, кратные основному – 1/2М(50мм), 1/5М(20мм), 1/10М(10мм), 1/50М(2мм), 1/100М(1мм). Для точного определения положения вертикальных несущих и ограждающих конструкций в строительных чертежах применяется система модульных осей, которая на плане выглядит как прямоугольная сетка линий, расстояние между которыми кратно выбранному планировочному модулю. Те из модульных осей, которые совпадают с расположением несущих и ограждающих конструкций (стен, колонн)

называются координационными осями (рис. 1.10;1.11).

В ЕМС различают следующие виды размеров:

- номинальный (модульный) размер – проектные расстояния между модульными осями, а также условный размер конструктивного элемента с включением примыкающих швов и зазоров (всегда кратен модулю);

- конструктивный размер - проектный размер конструкции или изделия, (меньше номинального на суммарную величину швов и зазоров);

- натурный размер - фактическое расстояние между координационными осями возведенного здания, а также фактический размер конструктивного элемента либо изделия после его изготовления.

Рис.1.10. Модульная система в строительстве:

а - система модульных плоскостей; б - разрез многоэтажного здания; в - размеры плиты перекрытия; г - размеры балки покрытия; д - разрез одноэтажного здания; е - размеры плиты покрытия; ПМ - планировочный модуль; ВПМ - вертикальный планировочный модуль; h - высота этажа(кратна ВПМ); H - высота здания (кратна ВПМ); L - пролет (кратен ПМ); Lн - номинальный(модульный) размер изделия; Lк - конструктивный размер изделия; б - нормированный зазор между изделиями;

с - строительная высота перекрытия; а - внутренняя привязка; b – наружная привязка; ур. ч. п. - уро-

вень чистого пола.

Расположение конструктивных элементов относительно координационных осей называют привязкой (рис. 1.11). Конкретные правила привязки зависят от конструктивной схемы и указываются при описании несущих остовов зданий различных видов.

Рис.1.11. Модульные и координационные оси.

Тема I.3. Особенности объемно-планировочной и конструктивной